Экспертное интервью: Саймон Фрид, сооснователь Nano Dimension, о будущем 3D-печати в электронике

Электронная индустрия быстро принимает аддитивное производство, переформируя то, как мы разрабатываем всё — от дронов и спутников до ноутбуков и смартфонов. Однако в своем ядре любая электронная система зависит от компонентов — печатных плат (PCB), антенн, сенсоров — которые традиционно были дорогими и трудоемкими в производстве. 3D-печать переопределяет этот ландшафт, доставляя более быстрые циклы продукта, большую свободу дизайна и способность создавать не-планарные геометрии, ранее недостижимые.

Основанная в 2012 году в Израиле, Nano Dimension стала глобальным лидером в аддитивном производстве для печатной электроники. Их проприетарная система DragonFly Pro может одновременно печатать металлы и диэлектрические полимеры, позволяя компаниям прототипировать электронику инхаус, сокращать лид-таймы и снижать затраты.

В этом недельном экспертном интервью мы говорили с Саймоном Фридом, сооснователем и президентом Nano Dimension, о растущем влиянии 3D-печати в электронике и о том, как компания пионерствует в этой الناشствующей области.

Можете рассказать немного о Nano Dimension?

Nano Dimension фокусируется исключительно на аддитивном производстве для электроники. Традиционно электроинженеры были вынуждены аутсорсить дизайн схем и прототипирование, что добавляло значительное лид-тайм и стоимость. Принося 3D-печать в электрическую сферу, мы даем инженерам свободу, гибкость и конфиденциальность, необходимые для тестирования и итерации идей в практичном, механическом контексте.

Говоря конкретно о технологии вашей системы DragonFly Pro, могли бы вы заостриться на ценности, которую она приносит?

Представьте электроинженера, задача которого — спроектировать следующую PCB для продукта. Процесс обычно включает сложное EDA (Electronic Design Automation) ПО, обширную симуляцию, а затем отправку дизайна третьей стороне-производителю — операция, которая может занимать недели. С системой Nano Dimension инженеры могут спроектировать и отфабриковать физическую плату примерно за 24 часа, мгновенно валидируя раскладки, выявляя ошибки и исследуя улучшения дизайна.

Наши клиенты сообщали о трансформации шестинедельного инженерного усилия в день и полторы, печатая прототипы сами, устраняя необходимость ждать внешних поставщиков.

Устраняя посредника для прототипирования, мы уполномачиваем компании тестировать больше идей, итерировать быстро и сохранять секретность. Когда разработка быстрая и недорогая, стоимость провала падает, поощряя больше инноваций.

Оборонные фирмы, в частности, притянуты к нашей технологии, потому что они сталкиваются с жесткими ограничениями на раскрытие дизайна и выбор поставщика. Наша система позволяет им прототипировать критические компоненты внутренне, обеспечивая соответствие и конфиденциальность.

Какие другие преимущества аддитивное производство предлагает электронике?

Аддитивное производство позволяет формы и геометрии, невозможные с конвенциональным планарным производством — захватывающий фронт для электроинженеров, привыкших к плоским, двумерным раскладкам.

Традиционная электрофабрикация сильно ограничена, диктуемая производственным процессом и доступными компонентами. Аддитивное производство снимает эти ограничения, открывая обширный массив новых дизайн-возможностей. Инженеры теперь могут создавать действительно трехмерные PCB, антенны и другие функциональные детали, выходя за пределы плоских трасс.

Наше видение двустороннее: сначала, сделать конвенциональные PCB и RF-электронику быстрее, дешевле и более независимыми; вторые, обеспечить полностью новые продукты, смешивающие структурные и электрические функции беспрецедентными способами.

Какие вызовы задействованы в 3D-печати электроники?

Печать металлов и полимеров одновременно по своей природе сложна. Металлы требуют повышенных температур и точного контроля, в то время как полимеры имеют другие оптимальные условия. Балансировка этих конкурирующих материальных потребностей требует передовых процессного контроля и материаловедческой экспертизы для достижения высокого разрешения и функциональной целостности.

Какое текущее состояние рынка 3D-печати электроники?

Область все еще зачатковая, с немного игроками. Однако её траектория роста зеркалит традиционное аддитивное производство, с ранними приверженцами из авиакосмики, обороны и R&D секторов, уже принявших 3D-печать в механической сфере.

Авиакосмическая и оборонная отрасли ведут заряд, потому что они требуют малосерийных, высококомплексных деталей, выигрывающих от быстрого прототипирования и строгой безопасности. Эти отрасли имеют экспертизу и ресурсы для инвестиций в новые производственные возможности.

Как вы видите эволюцию аддитивного производства для электроники в ближайшие годы?

Граница между механическим и электрическим дизайном стирается. Крупные CAD-вендоры — Autodesk, Solid Edge, SolidWorks — расширяются в EDB-территорию, обеспечивая интегрированные дизайн-рабочие процессы. Будущие продукты бесшовно смешают механическую форму с электрической функцией, создавая более умные, компактные решения.

Носимые и гибкие устройства иллюстрируют этот тренд: по мере эволюции механических свойств, так же должны эволюционировать встроенные электроники. Бум IoT дальше драйвит спрос на электронику, интегрированную в ранее «глупые» компоненты.

Долгосрочно мы предвидим 3D-принтеры, обрабатывающие весь производственный цепочку — от фабрикации финальных деталей, сборки и даже эстетических фич — снижая потребность в отдельных машинах.

В ближайшем периоде аддитивное производство для электроники продолжит быстро зреть, движимое повышенным осведомленностью и доказанной ценностью, которую оно доставляет в быстром прототипировании. В течение нескольких лет мы ожидаем, что высокообъемное производство электроники станет жизнеспособным.

С миллиардами устройств, уже содержащих электронику, экспансия в новые секторы — пищевую упаковку, автопром, медицинские импланты — будет требовать более мелких, более сложных и более функциональных компонентов. Аддитивное производство будет энейблером для этой эволюции.

Что делает Nano Dimension лидером рынка в этом пространстве?

В отличие от мейкер-класса принтеров, нацеленных на хоббистов, Nano Dimension предлагает готовое к использованию, 엔терпрайз-класс решение, покрывающее весь рабочий процесс — от дизайна к производству. Наш DragonFly Pro — единственная коммерческая система, способная одновременно печатать функциональные металлы и полимеры в высоком разрешении.

Nano Dimension работала с компаниями в ряде разных вертикалей. Можете привести пример вертикали и кейса, где ваша технология была активом?

Примечательный пример — авиакосмическая и оборонная, особенно в разработке антенн. Антенны ноториально трудно проектировать, требуя множества итераций для встречи целей производительности. Партнерившись с Harris Corporation, мы продемонстрировали, что 3D-напечатанные антенны могут соответствовать производительности традиционно изготовленных, предлагая быструю итерацию и более низкие затраты на оснастку.

Антенны — критическая область применения в авиакосмике и обороне — малосерийные, высококомплексные детали, где аддитивное производство сияет.

Высокообъемное производство пока не в фокусе; аддитивное производство превосходно в нише сложных, малосерийных компонентов, где надежность и гибкость дизайна первостепенны.

Оборонные фирмы нуждаются в строгой секретности и ограниченном вовлечении поставщиков. Наша инхаус-прототипирующая способность встречает эти требования, делая аддитивное производство естественным выбором для критических, высокоценных компонентов.

Есть ли вызовы при проектировании 3D-напечатанной электроники?

Для конвенциональных плоских PCB, наше ПО бесшовно интерфейсует со стандартными EDA-инструментами, позволяя инженерам продолжать использование знакомых рабочих процессов. Однако проектирование не-планарной электроники — такой как пирамида-образная плата — ставит вызовы, потому что текущее EDA ПО не поддерживает трехмерные трассы.

Проектирование 3D-электрических схем ограничено отсутствием EDA-инструментов, поддерживающих не-планарные геометрии. Механические CAD-инструменты часто злоупотребляются электроинженерами для преодоления этого разрыва.

Мы разработали SolidWorks аддон, связывающий нашу печатающую систему с механическим CAD, и крупные вендоры вроде Siemens и Dassault Systèmes работают над интегрированными электрико-механическими дизайн-наборами.

По мере расширения железных возможностей, ПО-экосистема постепенно догонит, особенно для не-плоских дизайнов, требующих новых дизайн-парадигм.

В терминах аддитивного производства более вообще, какие из основных вызовов все еще стоят перед отраслью?

Один риск — что аддитивное производство может столкнуться со второй волной хайпа. Отрасль должна фокусироваться на доставке осязаемой производственной ценности, а не просто булла.

Ключевые вызовы включают расширение материальных опций — более сильные полимеры, более широкий диапазон печатаемых металлов и функциональные диэлектрики — и установление отраслевых стандартов для прослеживаемости, защиты ИС и качества. Успех будет зависеть от интеграции аддитивного производства в существующие производственные линии и доказательства его надежности в масштабе.

Насколько вы уверены, что аддитивное производство не поддастся второй волне хайпа?

С растущим внедрением крупными, опытными компаниями и четким, демонстрируемым ROI, мы оптимистичны, что аддитивное производство зреет в надежную производственную технологию.

Какой совет вы дадите компании, желающей внедрить аддитивное производство, но не знающей, с чего начать?

Начните с определения четких целей и выбора правильной комбинации материала и машины для вашего применения. Взаимодействуйте с сервисными бюро рано, чтобы понять спектр доступных технологий. Помните, что «аддитивное производство» — не одна технология; каждый материал и принтер предлагают уникальные возможности, и правильный матч зависит от ваших специфических нужд.

Наконец, что 2019 год несет для Nano Dimension?

Мы предвидим продолжение запусков продуктов и более широкое рыночное внедрение 3D-напечатанной электроники, зеркалящее — и потенциально превосходящее — импульс, увиденный в механическом аддитивном производстве.

Изображения любезно предоставлены Nano Dimension. Чтобы узнать больше о Nano Dimension, посетите: https://www.nano-di.com/